ChinaHeart左心辅助装置的动物在体存活实验

验证磁悬浮离心式左心辅助装置—ChinaHeart VAD的在体血液相容性和可靠性,评估其对实验动物主要终末器官的影响。通过6例健康绵羊的在体存活实验进行评估。在心脏不停跳的情况下,装置入口插入左心尖,出口与降主动脉吻合。术前和术后做血常规、生化及血凝检查,术后连续监测动物存活及辅助装置运行状况。择期动物安乐死后,进行终末主要脏器的宏观和病理学检查。4只羊术后3～28 h内因麻醉或手术意外死亡;2只羊成功复苏并分别辅助20 d和38 d后施行安乐死。对于成功存活的2例实验动物,术后护理期间血常规、生化和血凝检查结果均在正常范围内,辅助装置无机械故障发生。尸检时1只羊(存活20 d)血泵泵体内发现一肉眼可见小块血栓沉积,其余无血栓形成;组织病理检查发现2只羊左肺贴近辅助装置部位均可见有小叶性肺炎,其余终末脏器无明显病变发生。ChinaHeart VAD在体辅助期间血液相容性能良好,对各主要终末脏器无显著影响,具有较好的可靠性;动物存活实验中麻醉呼吸管理和手术操作也至关重要。

CH-VAD左心辅助装置动物体内实验研究

验证磁悬浮左心辅助装置(CH-VAD)动物体内植入后的安全性及可靠性。选择健康雄性绵羊6只,经麻醉诱导、呼吸插管后开胸,在心脏不停跳的情况下开通由左心尖到辅助装置,再到降主动脉的辅助循环通路。术后常规予以密切监护及抗凝治疗,持续监测装置运行状况,实验动物在术前及术后分别进行细胞学及血液生化指标检测。实验观察结束后,动物予以安乐死,进行尸检及组织病理检查。6例实验动物中:2例因室颤或窒息死亡,1例因肺部感染于20 d终止观察,2例观察至实验结束(60 d)后取材进行病理检查,1例60 d后继续观察并因肺部感染于135 d终止实验。对成功植入的实验动物进行有效观察,装置悬浮状态良好,运转正常;CH-VAD植入后,细胞学及血液生化检查均在正常范围内。尸解及组织病理检查发现:2例存活20和135 d的动物,出现肺炎和肾脏多发性梗死;2例存活60 d的动物,出现肾脏单发小梗死,其余脏器未见明显异常。该实验为CH-VAD临床前评价及临床操作提供理论及技术支持,并证明其具有相对稳定的工作性能;提出建立左心辅助装置临床前评价标准的思路和想法,为后期装置的植入及临床操作提供研究的方向。

植入型心室辅助装置溶血及可植入性实验

目的探讨植入型心室辅助装置稳定性、主体血泵溶血性能及可植入性。方法首先,辅助装置在常温下连续驱动蒸馏水30 d,观察血泵转速、驱动电流等变化情况,测试其稳定性。同时,在流量5 L/min左右,出入口压差为100 mmHg情况下,心室辅助装置通过体外模拟循环实验台驱动羊血完成溶血性能测试,最后计算出血泵标准溶血指数(normal index of hematolysis,NIH)。最后,将心室辅助装置模拟主体血泵植入实验动物体内,对比术前及术后胸片,检验植入血泵对实验动物心室及周围器官的影响,验证其植入性能。结果辅助装置常温下连续驱动蒸馏水30 d,无卡泵和渗漏现象发生;血泵溶血性能良好,NIH值为(0.008±0.002)g/100 L;血泵可以很容易的植入心腔,植入血泵对实验动物心脏及周围器官无挤压变形。结论实验结果证明植入型心室辅助装置具有良好的稳定性、溶血性能以及可植入性。

磁悬浮离心式心室辅助装置的体外溶血测试

背景:心室辅助装置已广泛应用于心力衰竭患者的治疗。虽然有不同的血泵在国外应用于临床,却很少在国内应用,主要原因是其价格太高。因此在国内研制相对价格较低的能应用于临床的自主血泵迫在眉睫。目的:测试置入式磁悬浮离心心室辅助装置主体血泵的溶血性能。方法:通过计算流体力学方法,对磁悬浮离心式心室辅助装置主体血泵内部流场做初步分析。血泵在后负荷100mmHg(1mmHg=0.133kPa)、流量5L/min情况下,通过体外模拟血循环系统驱动羊血测试血泵体外溶血性能,计算血泵实际标准溶血指数NIH。结果与结论:在设计工况下计算流体力学结果显示血泵内部流线平稳,整个流道内部壁面剪切力均在68.5Pa以下,内部静压力分布均匀,过渡平稳,没有不良区域出现。体外溶血实验测得标准溶血指数NIH值为(0.075±0.017)mg/L。提示血泵驱动叶片及内部流道设计合理,同第3代血泵相比有较好溶血性能。血泵实验期间无不良状况发生,可以进行下一步长期的动物体内实验,进而评估血泵体内血流动力学性能和血泵置入对实验动物脏器的影响。

磁悬浮离心血心室辅助装置在体实验及其血液相容性

背景:磁悬浮离心血心室辅助装置独特的心尖插管设计,可以在心脏不停跳状态下完成左心室插管,明显缩短手术时间,避免体外循环的有害影响。目的:验证磁悬浮驱动离心式左心室辅助装置的在体可靠性。方法:将磁悬浮驱动离心式左心室辅助装置装置入口通过不停跳方式植入绵羊左心尖,出口与降主动脉吻合。手术前后行全血、生化以及血凝检查,期间不间断采集与辅助装置主体血心室辅助装置功能相关的数据,并做主要脏器宏观和病理检查。结果与结论:在体辅助38d期间辅助装置无机械故障发生,心室辅助装置的流入和流出道未见血栓沉积,血液和生化检查结果均在正常范围。实验羊无明显并发症,主要脏器宏观和病理检查表明无缺血或梗死。证实磁悬浮驱动离心式左心室辅助装置具有良好的在体血液相容性和可靠性。

ChinaHeart左心辅助装置的体内动物实验评估

目的通过体内动物实验验证磁悬浮左心辅助装——China Heart VAD的运行可靠性及血液相容性,并观察China Heart VAD对实验动物主要终末器官的影响。方法择健康雄性绵羊6只,麻醉诱导、呼吸插管后开胸,将China Heart VAD植入体内。在心脏不停跳的情况下,形成由左心尖到辅助装置,再到降主动脉的辅助循环通路。术后常规护理并抗凝控制,术前和术后不同时间段分别做游离血红蛋白、血细胞和血液生化指标检查。术后连续监测辅助装置运行状况,待动物存活至预期时限进行安乐死手术,尸解做VAD内血栓探查及动物终末主要脏器的宏观和病理检查。结果 6例实验中,1台VAD在植入25d后停止运转,其余5台正常运转至实验结束;6例实验动物中有1例在术后第3天因肺部感染死亡,其余5例VAD植入后存活状态良好,术后细胞学和血液生化学检查结果均值在正常范围内;血浆中游离血红蛋白数值小于9.78mg/dL;因VAD停转行安乐死动物尸解时发现,血泵入口形成一个疑似来源于心肌内膜的增生组织,且叶片与泵壳之间同时附着一块血栓,其余5例装置内无任何附着物或血栓;组织病理学检查发现2例动物左肺贴近VAD装置部位均可见有小叶性肺炎,2例动物肾脏有局部坏死,其余终末脏器无明显病变发生。结论 China Heart VAD具有较好的可靠性,完全可以胜任长于一个月的连续心室辅助,且具有极优的血液相容性,对各主要终末脏器无显著影响。

ChinaHeart心室辅助装置溶血性能研究

目的心室辅助装置在治疗心力衰竭过程中会对红细胞造成破坏,本文欲在ChinaHeart VAD用于临床前测试其血泵的溶血性能,检验其血液相容性。方法血泵的溶血性能测试包括体外实验和在体实验。体外溶血测试中,将血泵连接至体外模拟循环试验台,调节血泵转速和阻尼阀使输出流量为(5.0±0.25)L/min,平均压力为(100±3)mmHg,驱动抗凝后新鲜羊血,分别在泵转动前(0 min)、泵转动后60 min、120 min、180 min、240 min时检测血浆游离血红蛋白(PlasmaFree Hemoglobin,FHB)含量和红细胞压积(Hct),计算血泵标准溶血指数(Normalized Index ofHemolysis,NIH)。在体溶血测试中,取2只健康雄性小尾寒羊,麻醉后将血泵植入心尖,建立由左心室经心室辅助装置到降主动脉辅助循环旁路,控制血泵辅助流量占总心输出量的60%左右,进行在体辅助试验,定期抽血检测血浆FHB含量和Hct值。将体外和在体实验结果同国内外典型血泵比较,横向评测ChinaHeart VAD血泵溶血特性。结果体外溶血实验中,血泵运行平稳,温度正常,无卡壳、漏液等状况。测得血泵体外NIH值为(0.0076±0.0016)g/100L。在体溶血实验中,2只羊分别成功辅助20天和38天,无明显肝肾功能障碍。FHB含量开始数天内呈上升趋势,分别达到最大值0.0846 g/L(存活20天)和1.0957g/L(存活38天),之后逐渐下降到术前水平。结论 ChinaHeart VAD血泵具有良好的体外和在体溶血性能,可以进行动物在体辅助长期存活实验。

磁悬浮离心式左心室辅助装置溶血实验研究

通过体外以及在体溶血实验,探讨磁悬浮驱动离心式心室辅助装置血液相容性能.将左心室辅助装置置于充满新鲜羊血的模拟循环通路中,在输出流量为5 L/min、后负荷压力为100 mmHg的条件下,检测血泵体外溶血性能.在8只健康绵羊体内植入血泵进行在体辅助实验,通过定期抽血检验血浆游离血红蛋白值,测定其在体溶血性能.结果表明:可植入磁悬浮驱动离心式左心室辅助装置的体外标准溶血指数(normal index of hemolysis,NIH)为(0.075±0.017)mg/L.在体实验中,2例存活超过20 d,循环辅助后实验羊血浆游离血红蛋白(free hemoglobin,FHB)呈现上升趋势,2例实验FHB最大值分别达0.846和1.09 g/L,之后逐渐下降到术前水平.本实验血泵同其他国产血泵比较,具有较好的体外和在体血液相容性,具备好的长期动物在体辅助实验基础.

CH-VAD动物实验抗凝管理研究

VAD绵羊模型常用来验证装置血液相容性、生物安全性和工作可靠性以及对动物生理状态的影响，且需要有效、安全的抗凝管理方案，以降低血栓和出血风险。研究拟讨论绵羊植入CH-VAD后应用肝素和华法林钠的抗凝效果，为后期动物长期存活实验和临床应用提供抗凝数据。选择健康绵羊6只，构建动物左心室一心室辅助装置一降主动脉血流旁路，建立CH-VAD动物模型。术中一次性静脉注射肝素250U／kg。术后前4d连续静脉滴注肝素50U／kg·h，使活化全血凝固时间（ACT）和活化部分凝血酶时间（aPTT）1．5-2．0倍于基值。术后第3d开始口服华法林钠，并调整用量使国际标准化比值（INR）在1．2-2．0目标范围内。动物存活期间密切观察有无出血并发症。实验终止后，观察血泵内部、人工血管、吻合口等血液流道内有无血栓。宏观检查主要脏器是否充血、梗死，取典型部分做HE染色，观察组织病理学变化。6例绵羊整个实验过程无严重出血并发症。绵羊模型术中ACT值为（326±33）s。术后前4dACT基本保持在（157±28）s，在基值的1．5-2．0倍内，aPTT上升缓慢，第4d刚达到目标范围下限。除Sheep4血泵转子背部有小块纤维组织外，其他血泵泵体、出入口、人工血管、吻合口内均无血栓和纤维组织。病理学检查显示在此抗凝方案下绵羊终末期器官基本没有血栓、坏死和微栓子存在。CH-VAD绵羊模型中，植入后初期连续静脉滴注肝素保持ACT1．5-2．0倍于基值、后期口服华法林钠使INR值在1．2-2．0范围内能够很好的控制血栓和出血并发症，可以作为CH-VAD后期动物实验抗凝方案参考。

心室辅助装置部分辅助对羊心脏血流动力学的影响

目的探讨左心室辅助装置在体部分辅助健康实验羊及对羊心脏血流动力学影响。方法实验中,通过心室辅助装置绵羊在体植入辅助实验,辅助装置入口通过不停跳方式植入左心尖,出口与降主动脉吻合。术前以及术后测量羊心输出量、平均动脉压、左房压、左室压(舒张期和收缩期)和心率等血流动力学参数。结果 8例实验动物,5例术后存活超过24 h。实验期间辅助装置没有机械故障发生。实验羊植入心室辅助装置在体部分辅助后,扰乱了羊正常的血液动力学状态,增加了心输出量,降低了心率及左室舒张末期压力,但是平均动脉压、左房压没有显著变化。结论正常实验羊植入心室辅助装置部分辅助支持后,左心室工作量减少,实验动物保持了一个比较正常的心脏血流动力学状态。

绵羊植入左心室辅助装置在体实验手术管理

目的探讨绵羊植入左心室辅助装置(left ventricular assist device,LVAD)在体实验手术管理的特殊要求。方法依照北京市实验动物管理条例,参考美国动物管理及使用委员会关于植入式LVAD实验动物评判标准和国际上LVAD动物实验经验,进行国产植入式LVAD绵羊在体存活实验。成年绵羊在心脏不停跳状态下完成LVAD植入手术,针对手术的特性,制定术前、围术期及术后的管理措施。结果成功实施6例绵羊植入式LVAD在体实验,1例LVAD在植入25 d后停止运转,1例实验动物在术后第3天因肺部感染死亡,其余4例实验动物植入后存活状态良好,达到在体实验30 d的实验预期。结论术前的精心准备、遵循严格的手术操作规程、术后早期严密的监护、术后精心护理以及选择合理的抗凝策略可有效的提高绵羊植入式LVAD慢性存活实验的成功率。

磁悬浮植入式心室辅助装置体外水力学及溶血实验

目的测试一款小型磁悬浮植入式心室辅助装置的基本工作性能和体外溶血性能。方法通过体外水力学实验获得装置的基本工作性能;通过体外模拟实验(参照ASTM F1841标准)检测装置体外溶血性能。结果该磁悬浮植入式心室辅助装置主体血泵在3500 rpm左右能够提供5 L/min流量,100 mm Hg压力的辅助支持;体外实验标准溶血指数值为(0.0007±0.0003)mg/dL。结论体外水力学实验证实该装置工作性能稳定,可以满足成人心室辅助的需求,同时也具有较好的体外溶血性能。

人工心脏磁悬浮系统涡电流位移传感器的设计

设计一种用于人工心脏的非接触式涡电流位移传感器。针对人工心脏磁悬浮系统特有的钛合金隔层结构,采用有限元分析涡电流位移传感器磁场,得到其结构参数;同时研制能实时监控传感器线圈绕制的装置,以提高线圈阻抗的一致性。经对传感器性能测试,结果显示所设计的涡电流位移传感器标准偏差为3.8%,灵敏度高于10%,能满足人工心脏磁悬浮系统的要求。

人工心脏无位置传感器无刷直流电动机非导通相端电压分析

人工心脏无位置传感器无刷直流电动机轻载时,通过采集PWM关闭期间的非导通相端电压来获取反电势过零点存在一定的局限。以逆变桥上管PWM调制、下管恒通的控制方法为例,理论分析了非导通相端电压在PWM导通与关断期间的波形,并进行了实验。结果表明,在PWM关闭阶段,非导通相端电压会受到导通相悬空、非导通相嵌位等影响发生波动,反电势采集时需加以注意,避免引起换相故障。

磁悬浮人工心脏驱动电机的优化设计

提出了基于电磁场有限元分析技术,对磁悬浮人工心脏的驱动电机进行优化设计的方法。根据对人工脏器的设计要求,设计了一台单面轴隙式永磁无刷直流电机作为人工心脏的驱动电机。通过建立驱动电机的3D整体模型,研究电机气隙中的磁场分布。同时结合电机损耗的计算方法,以提高电机的总体效率、降低电机的整体尺寸为目标,对驱动电机的电机线圈、永磁体阵列的尺寸进行优化设计。仿真与计算得出的优化设计结果,可以为人工心脏的工程设计提供参考。

左心室辅助装置脉动载荷下无位置传感器无刷直流电机的速度控制

由于心室搏动产生的脉动流使得左心室辅助装置工作在脉动载荷下,导致电机转速会发生周期性波动,进而影响泵的效率和血液流动特性。针对左心室辅助装置设计了转速闭环控制方法以抑制脉动载荷引起的转速波动。仿真和试验表明在脉动载荷情况下有效地降低了转速波动范围,改善了左心室辅助装置性能。

用于心室辅助装置系统性能测试的标准化体外模拟循环系统研究

本研究的目的是研制用于心室辅助装置(Ventricular Assist Device,VAD)标准化体外性能测试的体外模拟循环系统(Mock Circulation System,MCS)。通过统计临床文献大数据,以涵盖文献中95%心力衰竭患者的生理参数的极值组合框定出MCS的测试条件矩阵。根据要求完成MCS元件设计,建立水力学回路,能够通过对生理参数的调节准确模拟不同的生理条件。同时集成传感仪器以及控制与数据采集模块,实现参数的实时运算和波形显示。最后将研制完成的MCS与待测VAD同步运行,模拟标称心衰状态下的VAD辅助性能实验。实验结果表明,MCS本身能够完全满足临床文献给出的测试条件,同时系统能够精准的模拟每一个生理参数的目标值。在VAD辅助性能实验中,待测VAD能够将系统流量和主动脉压恢复至健康生理范围。总而言之,本文研制的MCS能够满足ISO规定的VAD体外系统性能测试标准,提供科学有效的测试手段。同时,该MCS也能够提供VAD辅助下,循环系统的血流动力学变化的研究平台,具有重要的科学价值。

磁悬浮人工心脏电涡流位移传感线圈特性研究

磁悬浮人工心脏转子和定子间位移的检测一般采用电涡流技术实现,但覆盖于定子和转子表面的金属薄壳中产生的寄生电涡流会影响传感线圈特性,现有电涡流传感技术不再适用。经测试,电涡流位移传感线圈特性受覆盖于其表面的定子薄壳的影响尤其严重,甚至导致灵敏度改变符号。通过分析线圈阻抗受金属薄壳影响的规律,从检测原理与工作频率出发,讨论了现有电涡流传感技术的不足,给出了新的设计优化方法,对磁悬浮人工心脏的传感设计应用有指导性意义。

基于LabVIEW的磁悬浮轴承的静态刚度测量系统

磁悬浮轴承主要利用电磁力使转子悬浮于定子中,其刚度特性是磁悬浮轴承的重要技术指标,因此磁悬浮轴承的刚度测量是检验磁悬浮轴承性能的必要环节。文中建立了适用于混合控制的磁悬浮轴承在开环控制下的静态刚度测量系统。该系统利用LabVIEW软件开发测量平台,由X-Y-Z电控精密位移台、六自由度力传感器、激光位移传感器及高分辨率电流表等设备组成,并由工控机统一控制各测量单元,实现自动测量、自动采集与数据存储等功能,具有自动化程度高的优点。

人工心脏差分涡流位移传感器的性能测试装置

针对第三代人工心脏磁悬浮系统中差分式涡流位移传感器的特殊结构,研制了一种基于正交坐标系的传感器性能测试装置。该装置将正交坐标建立于转子径向面上,以中空环形转子为测试靶板,以涡流传感器探头为测试点,通过改变传感器探头的二维坐标,实现对涡流传感器探头二自由度的性能测试。实验结果验证了该性能测试装置的可行性与有效性。